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专利号: 2021101077547
申请人: 西南交通大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 计算;推算;计数
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤1:监测获取列车牵引工况,并获取得到城市轨道交通牵引供电系统的相关参数;

步骤2:构建城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算模型;

步骤3:建立城市轨道交通牵引供电系统电路的电导关系;

步骤4:计算城市轨道交通牵引供电系统潮流分布。

2.根据权利要求1所述的一种城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算方法,其特征在于,所述步骤1具体为:

监测获取列车牵引工况上行列车位置、上行列车功率、下行列车位置、下行列车功率分别为WCu、Ptu、WCd、Ptd;

获取城市轨道交通系统的沿线牵引所位置WT、均流线位置WB、高架或盾构施工隧道所在位置区间Q1、明挖或暗挖施工隧道所在区间为Q2;

测量获取城市轨道交通系统牵引供电性能相关参数,包括:上行接触网单位电阻值Rou、下行接触网单位电阻值Rod、上行钢轨单位电阻值Rru、下行钢轨单位电阻值Rrd、牵引所馈线单位电阻值Rfe、回流线单位电阻值Rrc、均流线单位电阻值Rtt,钢轨对排流网过渡电导Ga、钢轨对结构钢筋过渡电导Gb、钢轨对地过渡电导Gc。

3.根据权利要求2所述的一种城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算方法,其特征在于,所述步骤2具体为:

S21将城市轨道交通牵引供电系统视为二维平面,并将其等效为电阻网络结构的计算模型,其中钢轨采用Π型电路进行等效;

S22在上行列车位置所对应的下行位置处添加虚拟列车,列车功率设置为0,同样地,在下行列车位置所对应的上行位置处添加虚拟列车,列车功率设置为0;此时,上下行列车位置均通过WC表示;根据虚拟列车功率和Ptu,得到WC对应位置处上行列车功率PU,同理得到下行列车功率PD;

S23将WC、WT中的数据进行升序排列得到接触网节点矩阵S,对WC、WB中的数据进行升序排列得到钢轨处节点矩阵R;

S24定义城市轨道交通供电系统接触网位置节点二维特征矩阵CL_J,以此区分接触网节点处连接的是牵引所还是列车;令CL_J(2,v)=S(v),如果S(v)对应的数据来自WC,则令CL_J(2,v)=1,否则令CL_J(2,v)=2,v=1,…,V,V为接触网节点总个数;

S25同样地,定义城市轨道交通供电系统钢轨位置节点二维特征矩阵CL_G,以此区分钢轨节点处连接的是牵引所、均流线还是列车;令CL_G(2,u)=S(u),如果S(u)对应的数据来自WC,则令CL_J(2,u)=1,如果S(u)对应的数据来自WB,则令CL_J(2,u)=3,否则令CL_J(2,u)=2,u=1,…,U,U为钢轨节点总个数;

S25定义变量Q_flag,如果第u个节点在Q1区间内,则令Q_flag(u)=2,反之,令Q_flag(u)=1。

4.根据权利要求3所述的一种城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算方法,其特征在于,所述步骤3具体为:

S31以M×M的节点电导矩阵Y描述城市轨道交通牵引供电电路的电导关系模型,并对其赋值;

S32、M=(M1+M2+M3)*2,M1表示上行接触网节点个数,M2表示上行钢轨节点个数,M3表示牵引所馈线节点个数;

(1) (1)

S33初始化上行列车电压VTU =[1500V,…,1500V],下行列车电压VTD =[1500V,…,

1500V];

S34根据计算得到计算模型中各电导参数,具体步骤如下:S341根据牵引所馈线电阻Rfe计算得到上下行馈线电导分别为Gfu、Gfd;

S342根据牵引所等效电阻r计算得到牵引所等效电导Gr;

S343根据上下行列车功率和上下行列车电压计算得到上下行列车电导分别为Gtu、Gtd;

S344根据接触网节点之间的距离长度和上下行接触网电位电阻Rou、Rod计算得到上下行接触网节点之间的电导Gou(v)和God(v);分别对Gou(v)、God(v)首尾进行补0得到Gou1(v)、God1(v);同理计算得到上下行钢轨节点之间的电导Gru(u)和Grd(u),分别对Gru(u)、Grd(u)首尾进行补0得到Gru1(u)、Grd1(u);

S345考虑沿线不同施工方式,计算钢轨节点处泄露电导:具体赋值过程如

下:

当u=2,…,(U‑1)时,令C1=1,C2=1:若Q_flag(u)‑Q_flag(u‑1)=0,且Q_flag(u)=

1,则G1=G2=Ga+Gc;若Q_flag(u)‑Q_flag(u‑1)=0,且Q_flag(u)=2,则G1=G2=Ga+Gb+Gc;若Q_flag(u)‑Q_flag(u‑1)=‑1,则G1=Ga+Gc,G2=Ga+Gb+Gc;若Q_flag(u)‑Q_flag(u‑

1)=1,则G1=Ga+Gb+Gc,G2=Ga+Gc;

当u=1时,令C1=1,C2=0:若Q_flag(u)=1,G1=Ga+Gc;若Q_flag(u)=2,G1=Ga+Gb+Gc;

当u=U时,令C1=0,C2=1:若Q_flag(u‑1)=1,G2=Ga+Gc;若Q_flag(u‑1)=2,G2=Ga+Gb+Gc;

S35定义S1表示上行或下行接触网中牵引所处节点矩阵,S2表示上行或下行接触网中列车处节点矩阵,R1表示上行或下行钢轨中牵引所位置处节点矩阵,R2表示上行或下行钢轨列车位置处节点矩阵,R3表示上行或下行钢轨均流线处节点矩阵,T表示牵引所馈线处或回流线处节点矩阵;

S36遍历寻找得到CL_J(1,v)中分别等于1、2的矩阵序号,分别赋值给S1,S2,v=1,…,(NT+NC);遍历寻找得到CL_G(1,u)中分别等于1、2、3的矩阵序号,分别赋值给R1,R2,R3,u=

1,…,(NB+NC);令T=[1,2,…,NT];

S37导纳矩阵Y赋值过程如下:

赋值上行接触网节点互导:

牵引所位置处:Y(S1,S1‑1)=Gou(S1);Y(S1,S1+1)=Gou(S1+1);Y(S1,T+M1+M2)=Gfu;

列车位置处:Y(S2,S2‑1)=Gou(S2‑1);Y(S2,S2+1)=Gou(S2);Y(S2,S2+M1)=Gtu;

赋值上行钢轨节点互导:

牵引所位置处:Y(R1+M1,R1+M1‑1)=Gru1(R1);Y(R1+M1,R1+M1+1)=Gru1(R1+1);

Y(R1+M1,T+M1+M2+M3)=Ghu;

列车位置处:Y(R2+M1,R2+M1‑1)=Gru(R2‑1);Y(R2+M1,R2+M1+1)=Gru(R2);

Y(R2+M1,R2)=Gtu;

均流线位置处:Y(R3+M1,R3+M1‑1)=Gru(R3‑1);Y(R3+M1,R3+M1+1)=Gru(R3);

Y(R3+M1,R3+M1+M2+M3*2)=Gtt;

赋值牵引所馈线节点导纳矩阵:

Y(T+M1+M2,S1)=Gfu;Y(T+M1+M2,S1+M1+M2*2+M3*2)=Gfd;

Y(T+M1+M2,T+M1+M2+M3)=Gr;

赋值牵引回流线节点导纳矩阵:

Y(T+M1+M2+M3,S1+M1)=Ghu;Y(T+M1+M2+M3,S1+M1+M2+M3*2)=Ghd;

Y(T+M1+M2+M3,T+M1+M2)=Gr;

赋值下行钢轨节点导纳矩阵:

牵引所位置处:Y(R1+M1+M2+M3*2,R1+M1+M2+M3*2‑1)=Grd1(R1);

Y(R1+M1+M2+M3*2,R1+M1+M2+M3*2+1)=Grd1(R1+1);

Y(R1+M1,T+M1+M2+M3)=Ghd;

列车位置处:Y(R2+M1+M2+M3*2,R2+M1+M2+M3*2‑1)=Grd(R2‑1);

Y(R2+M1+M2+M3*2,R2+M1+M2+M3*2+1)=Grd(R2);

Y(R2+M1+M2+M3*2,R2+M1+M2*2+M3*2)=Gtd;

均流线位置处:Y(R3+M1+M2+M3*2,R3+M1+M2+M3*2‑1)=Grd(R3‑1);

Y(R3+M1+M2+M3*2,R3+M1+M2+M3*2+1)=Grd(R3);

Y(R3+M1+M2+M3*2,R3+M1)=Gtt;

赋值下行接触网节点导纳矩阵:

牵引所位置处:Y(S1+M1+M2*2+M3*2,S1+M1+M2*2+M3*2‑1)=God(S1);

Y(S1+M1+M2*2+M3*2,S1+M1+M2*2+M3*2+1)=God(S1+1);

Y(S1+M1+M2*2+M3*2,T+M1+M2)=Gfd;

列车位置处:Y(S2+M1+M2*2+M3*2,S2+M1+M2*2+M3*2‑1)=God(S2‑1);

Y(S2+M1+M2*2+M3*2,S2+M1+M2*2+M3*2+1)=God(S2);

Y(S2+M1+M2*2+M3*2,S2+M1+M2+M3*2)=Gtd;

赋值矩阵Y各节点自导:

钢轨处节点除外,其他节点的自导等于该节点处互导之和的相反数,即:Y(i,i)=‑(Y(i,1)+Y(i,2)+Y(i,3)+…+Y(i,2*(M1+M2+M3))),i=1,2,3,…,2*(M1+M2+M3);

钢轨处节点自导赋值过程为:

上行钢轨处:Y(M1:M2,M1:M2)=‑(Y(i,1)+Y(i,2)+Y(i,3)+…+Y(i,2*(M1+M2+M3))+Gu);

下行钢轨处:Y(M1+M2+2*M3:M1+2*M2+2*M3)=‑(Y(i,1)+Y(i,2)+Y(i,3)+…+Y(i,2*(M1+M2+M3))+Gu);

S38定义节点导纳矩阵电流矩阵为I(2*(M1+M2+M3),1),令上下行馈线处节点处对应的I=1500*Gr,上下行回流线处节点对应的I=‑1500*Gr。

5.根据权利要求4所述的一种城市轨道交通牵引供电系统潮流分布的统一计算方法,其特征在于,所述步骤4具体为:

S51定义潮流计算迭代精度为e;

(k+1)

S52各节点电位通过一维矩阵U表示,根据Y*U=I,计算得到第k+1次的U ,k>0;

(k+1) (k+1) (k

S53根据U ,计算得到上行列车第k+1迭代电压VTU ,下行列车当前迭代电压VTD+1)

S54根据上下行列车电压重新计算得到上下行列车电导Gtu,Gtd;

(k+1) (k) (k+1) (k) (k+1)S55判断VTU ‑VTU 和VTD ‑VTD 是否都小于e,如果都不大于,则根据U 计算得到牵引所馈线电流、列车电流等潮流分布情况;否则,将Gtu,Gtd带入导纳矩阵Y中,返回步(k+1) (k) (k+1) (k)骤S52,据此进行迭代,直到VTU ‑VTU 和VTD ‑VTD 均不大于e。